現(xiàn)代煤化工是推動煤炭清潔高效利用的有效途徑，對拓展化工原料來源具有積極作用，已成為石油化工行業(yè)的重要補充。國家發(fā)展改革委等四部門聯(lián)合發(fā)布《高耗能行業(yè)重點領(lǐng)域節(jié)能降碳改造升級實施指南(2022年版)》(以下簡稱《指南》)提出，現(xiàn)代煤化工行業(yè)先進(jìn)與落后

　　產(chǎn)能并存，企業(yè)能效差異顯著。用能主要存在余熱利用不足、過程熱集成水平偏低、耗汽/耗電設(shè)備能效偏低等問題，節(jié)能降碳改造升級潛力較大。那么，現(xiàn)代煤化工節(jié)能降碳改造怎么做?本刊對石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院能源化工處處長兼副總工程師韓紅梅進(jìn)行了獨家專訪。

　　煤制乙二醇改造壓力較大

　　中國石油和化工：現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)目前的碳排放量大概是什么情況?

　　韓紅梅：《指南》中現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)范圍包括煤制甲醇、煤制烯烴和煤制乙二醇。產(chǎn)業(yè)特征是煤氣化為龍頭、化學(xué)品為目標(biāo)、產(chǎn)業(yè)化成熟度高、產(chǎn)業(yè)規(guī)模大。2020年，上述三者二氧化碳排放量合計約2.4億噸，占石化化工行業(yè)約17%，占煤化工行業(yè)約35%。

　　中國石油和化工：目前，煤制甲醇行業(yè)能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占25%;煤制乙二醇行業(yè)能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占40%?！吨改稀诽岢龅?025年，煤制甲醇、煤制烯烴、煤制乙二醇行業(yè)達(dá)到能效標(biāo)桿水平以上產(chǎn)能比例分別達(dá)到30%、50%、30%，基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零。您如何看待這個目標(biāo)?

　　韓紅梅：我國煤制甲醇自2000年以來加速發(fā)展，目前行業(yè)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平存在較大差距，能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能仍占約25%。煤制烯烴自2010年第一套示范裝置建成投產(chǎn)后快速發(fā)展，項目整體建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高，工程質(zhì)量水平高，目前煤制烯烴全部產(chǎn)能的能效均達(dá)到基準(zhǔn)水平以上。煤制乙二醇建設(shè)進(jìn)程與煤制烯烴基本同步，但煤制乙二醇技術(shù)路線多，項目建設(shè)時以打通關(guān)鍵技術(shù)為主要目標(biāo)，部分項目建設(shè)中對整體能量優(yōu)化利用的設(shè)計不足，裝置能耗高，部分技術(shù)路線的工業(yè)化過程也不夠順利，目前煤制乙二醇能效低于基準(zhǔn)水平的產(chǎn)能約占40%。

　　今后，建成時間早、裝置能耗高的煤制甲醇產(chǎn)能，以及建設(shè)時技術(shù)尚不夠成熟、裝置效率低的煤制乙二醇產(chǎn)能，是節(jié)能改造和淘汰退出的重點。對煤制甲醇和煤制乙二醇行業(yè)來說，實現(xiàn)能效基準(zhǔn)水平以下產(chǎn)能基本清零還是有比較大的壓力的。

 

　　顛覆性前沿技術(shù)亟待突破

　　中國石油和化工：《指南》提出的工作方向包括加強前沿技術(shù)開發(fā)應(yīng)用。目前現(xiàn)代煤化工的技術(shù)水平如何?有哪些前沿技術(shù)亟待開發(fā)和應(yīng)用?

　　韓紅梅：我們國家的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，尤其是納入到《指南》里的煤制甲醇、煤制烯烴、煤制乙二醇產(chǎn)業(yè)，整體技術(shù)水平是比較高的。我個人認(rèn)為現(xiàn)在的前沿技術(shù)開發(fā)最主要的還是側(cè)重于合成技術(shù)。合成有幾個關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，一個是核心的催化劑，再一個就是跟它配套的關(guān)鍵設(shè)備即合成反應(yīng)器，還有整套工藝，這一塊如果能夠大幅提高技術(shù)水平，是非常有益的。比如合成氣直接法制烯烴(一步法)，這個技術(shù)如果成熟，就能夠大幅縮短生產(chǎn)工藝流程長度，也能夠降低產(chǎn)業(yè)化復(fù)雜程度，大幅節(jié)能降碳。

　　中國石油和化工：《指南》在前沿技術(shù)中，提到了綠氫與煤化工項目耦合，對此，您如何解讀?

　　韓紅梅：綠氫和煤化工的耦合，實際上是一種產(chǎn)業(yè)模式的創(chuàng)新和再升級，它的要點就是用可再生能源產(chǎn)生的綠電來電解水制氫，然后氫氣進(jìn)一步作為化工的生產(chǎn)原料。煤化工的特點是煤里面碳多氫少，產(chǎn)品里面氫多碳少，所以中間需要一個變換反應(yīng)過程。這個過程是一氧化碳加上水蒸氣生成氫氣和二氧化碳，在這個過程中是犧牲了一氧化碳，又產(chǎn)生了二氧化碳，這也是煤化工之所以產(chǎn)生大量二氧化碳的核心原因之一。如果綠氫加入進(jìn)來，就可以適當(dāng)降低變換的負(fù)荷。在這種情況下，煤化工的碳排放就可以降低，這是非常值得期待和探索的。

　　但是目前在綠氫用于煤化工的產(chǎn)業(yè)化實施方面存在不小的挑戰(zhàn)。比如光電、風(fēng)電利用小時數(shù)低，如何與煤化工連續(xù)性生產(chǎn)相匹配;光電、風(fēng)電波動性大，如何與煤化工穩(wěn)定用電用氫的要求相適應(yīng);煤化工用電、用氫需求量大，光電與風(fēng)電配套規(guī)模要求非常高;光電、風(fēng)電經(jīng)濟(jì)性與煤化工生產(chǎn)成本控制要求，目前綠氫成本大概是煤制氫的兩倍或更高，這些問題都需要在產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的過程中逐步解決。從實施難易程度看，綠電用于煤化工宜先于綠氫用于煤化工。

　　中國石油和化工：煤化工企業(yè)在這方面可以做哪些工作?您有什么建議?

　　韓紅梅：現(xiàn)在有不少的企業(yè)在做這方面的探索，既有煤化工企業(yè)，比如寶豐能源投資建設(shè)太陽能電解水制氫儲能及綜合應(yīng)用示范項目;也有國家能源集團(tuán)這類既有煤化工項目、也要做可再生能源開發(fā)的企業(yè)，也在做這方面的一些前期工作。

　　煤化工企業(yè)可以自己投資，也可以和專門做綠電、綠氫的企業(yè)合作，最重要的還是降成本。如果加入的綠電、綠氫量比較大，成本足夠低，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才能具備成本競爭力。畢竟煤化工產(chǎn)品大多是大宗產(chǎn)品，還要去跟別的技術(shù)路線競爭。不過，將來如果采用了綠氫，有可能通過綠色標(biāo)簽認(rèn)證來把它變成綠色環(huán)保產(chǎn)品，相應(yīng)地可能會有一定的溢價空間，企業(yè)要做好溢價空間和成本之間的核算。

 

　　余壓余熱利用有待提升

　　中國石油和化工：《指南》中提出加快成熟工藝普及推廣，您能為我們的讀者做一下解讀嗎?

　　韓紅梅：成熟的綠色技術(shù)工藝，比如大型先進(jìn)煤氣化技術(shù)、高效催化劑、高效甲醇合成等工藝技術(shù)，跟傳統(tǒng)的技術(shù)相比有更好的節(jié)能降碳效果。對于那些建廠比較早的，現(xiàn)在到了改造升級期的企業(yè)，如果是采用新技術(shù)來替代的話，應(yīng)該是更現(xiàn)實的。而且這類技術(shù)實施起來成功的把握性也會更大一些。這種改造會對企業(yè)生產(chǎn)運營帶來一定的影響，可能涉及到短期停產(chǎn)?？傮w來講，這一類的技術(shù)升級，資金投入還是比較大的。

　　中國石油和化工：在不改變核心工藝流程的前提下，企業(yè)節(jié)能改造要做哪些工作?

　　韓紅梅：在不改變核心主體流程的情況下，其他的重點節(jié)能改造空間。一是關(guān)鍵動設(shè)備的節(jié)能，盡量采用能效高的設(shè)備。二是全廠能量系統(tǒng)整體優(yōu)化。煤化工一個很大的特點就是副產(chǎn)余壓余熱量比較大，有一些工廠對余壓余熱利用不是特別的充分，這是一個改造的重點。這方面可以向優(yōu)秀的煤制氮肥企業(yè)學(xué)習(xí)，他們在能量利用方面做得非常細(xì)致深入。

　　如果上面說的這些工作都已經(jīng)做到了，企業(yè)就要在運行管理方面加強，這里面包括操作工人的節(jié)能意識，還有各種節(jié)能的管理措施要做到位。對煤化工來說，工廠良好的運行管理也是非常重要，煤化工企業(yè)都特別注重“安穩(wěn)長滿優(yōu)”的生產(chǎn)，就是讓所有的設(shè)備處在最好的運行狀態(tài)下，讓整個工廠都能夠發(fā)揮出它最好的效能。在這種情況下，能量利用應(yīng)該是最合理、最優(yōu)化的。

　　CO₂生產(chǎn)新材料意義較大

　　中國石油和化工：《實施指南》在廢物綜合利用部分提出，因地制宜開展變換等重點工藝環(huán)節(jié)二氧化碳捕集、利用及封存試點，對此您有何解讀?

　　韓紅梅：煤化工生產(chǎn)過程產(chǎn)生的二氧化碳濃度高達(dá)95%以上，可大幅降低捕集成本，有利于開展二氧化碳捕集、輸送與封存示范。如果要做CCS項目，煤化工產(chǎn)生的二氧化碳是一個最直接的、最低成本的可以利用的碳源，因為它可以減少捕集的成本。從封存這個角度講，封存需要一定的地質(zhì)條件，需要周邊有廢棄油井氣井、鹽穴或巖穴等適宜儲存的場所，并不是在所有地方都能夠做封存。但是現(xiàn)在這個階段，我個人感覺煤化工企業(yè)還不具備大規(guī)模開展的條件。

　　中國石油和化工：《指南》提出推動二氧化碳生產(chǎn)甲醇、可降解材料、碳酸二甲酯等產(chǎn)品，您如何看待二氧化碳綜合利用?

　　韓紅梅：我認(rèn)為加快開展二氧化碳制生物可降解塑料、碳酸二甲酯等產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)與示范是比較有意義的。舉例來說，二氧化碳與環(huán)氧丙烷共聚，生成二氧化碳和環(huán)氧丙烷共聚物(PPC)為代表的脂肪族聚碳酸酯，可作為生物可降解塑料，在食品和醫(yī)用包裝領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。再比如二氧化碳與環(huán)氧丙烷生成碳酸丙烯酯，再與甲醇反應(yīng)，生成碳酸二甲酯。這些作為材料利用的產(chǎn)品，具有更好的碳利用價值。

　　對于二氧化碳加氫制甲醇技術(shù)，我認(rèn)為，目前其發(fā)展要點是打通技術(shù)瓶頸，摸索工程經(jīng)驗，為未來低濃度二氧化碳加工利用提供技術(shù)基礎(chǔ)。因為我國有大量煤制甲醇，其生產(chǎn)過程中是需要采取變換反應(yīng)的，如果是煤化工排放出來的二氧化碳，再去加氫制甲醇，則不如把氫放到生產(chǎn)過程里替代變換，那么可以直接減少二氧化碳的排放，這是用氫來減碳最直接的途徑，其效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于末端治理二氧化碳。對煤化工來講，二氧化碳利用的切入點可能放在中間過程更合適。

　　如果放在更廣闊的領(lǐng)域看，我們還有大量的火電廠、鋼廠，也排放大量的二氧化碳，將來這些來源的二氧化碳需要治理的時候，二氧化碳制甲醇技術(shù)就能派上用場。我認(rèn)為，我國的二氧化碳治理與利用應(yīng)根據(jù)我國產(chǎn)業(yè)國情實際，排排順序;二氧化碳制甲醇技術(shù)在大規(guī)模應(yīng)用方面，應(yīng)該把目光放長遠(yuǎn)，現(xiàn)階段做好技術(shù)開發(fā)，把它作為技術(shù)儲備是很有意義的。